北方岩溶区降水入渗补给系数及补给机制:以羊庄岩溶水系统为例

为建立北方岩溶区水文地质参数系列,提高岩溶地下水可采资源计算精度,笔者团队于20世纪80年代开始,在山东羊庄封闭式泉排型岩溶水系统开展了岩溶水均衡试验研究,积累了40余年的监测试验数据。根据长期野外水均衡要素观测资料,推导出裸露型、半覆盖型和覆盖型岩溶区降水入渗补给系数计算公式,建立了岩溶区降水入渗补给系数α与降水量P和地下水位埋深D的相关方程,以及可调控的最大降水入渗补给系数系列,揭示了降水入渗补给过程与α变化机制。结果表明:α随水位埋深D的改变而改变,每个降水量P段分别对应一个最大降水入渗补给系数α_(max)和最大降水入渗补给量即补给极限G_(max),相应的水位埋深便是最佳水位埋深D_(critical)。D>D_(critical)时,包气带截留量随着水位埋深的增大而增大,α<α_(max);D<D_(critical)时,地表径流量随着地下水位埋深的减小而增大,α<α_(max)。不同的降水量段对应不同的D_(critical),降水量增大时,对应的α_(max)及D_(critical)也增大。在任意水位埋深时,G_(max)为蓄满产流临界降水量与包气带最大截流量之差。本研究解决了岩溶区降水入渗补给的关键科学问题,即揭示降水入渗补给机制、建立降水入渗补给系数与降水量和水位埋深的定量关系,提升了我国北方岩溶水资源基础性研究水平。

互助北山特长隧道涌水量预测研究

【目的】为了给隧道设计和施工提供依据,需对隧道涌水量进行预测。【方法】以青海互助北山特长隧道为例,基于勘察报告,综合分析其自然地理情况和工程地质条件,对地表水和地下水化学特征进行详细分析,采用降水入渗系数法、地下径流模数法和地下水动力法等三种方法对隧址区涌水量进行预测分析。【结果】结果表明,采用地下径流模数法计算的结果对施工安全的保障更有利。【结论】研究成果对类似特长隧道涌水量预测具有一定参考意义。

陕北能源区典型沉积物降水入渗补给系数研究

陕北能源区地处我国西北干旱半干旱地区,是黄土与风积沙的过渡区,该区蒸发强烈,降水稀少,地下水作为该区域重要的供水水源,主要接受垂向上的降水补给。为研究黄土与风积沙的降水入渗过程及其降水入渗补给系数,通过野外取样、室内参数测定,并运用Hydrus-1d建立包气带水分运移数值模型,模拟陕北能源区内2种沉积物的水分运移过程。以接近多年平均降水水平的2015年为例,模拟结果显示风积沙地的降水入渗深度超过6.2 m,而黄土地的降水入渗深度很难超过5.0 m,且两者的降水入渗补给系数分别为0.255和0.111。研究结果对准确计算陕北能源区地下水资源量,进而更好地指导区域水资源系统规划、生态环境保护和经济可持续发展具有重要意义。

利用地中渗透仪观测资料进行降雨入渗补给规律分析

利用郑州地下水均衡场地中渗透仪实测资料 ,分析了降雨入渗补给的年际变化以及入渗补给过程中的滞后现象。通过计算降雨入渗系数 ,确定了降雨量与入渗量的定量关系 ,评价了不同降雨量、不同包气带岩性和厚度条件下的入渗补给量。研究表明 ,地下水埋深较小时 ,降雨入渗补给系数随着埋深的增加而增大 ,1m以下则逐渐减少 ,3m以下趋于稳定 ;当包气带岩性单一时 ,降雨入渗系数随岩性的不同而变化 ,即砂质土大、粘性土较小 ,而含有薄层粘土夹层的亚砂土最小。

川北山丘区地下水补给特征与定量研究

针对川北山丘区地下水资源和污染防护研究中地下水补给难以定量等问题,以川北典型山丘区平溪河北岸的山丘区子流域为研究对象,布设监测孔并对其地下水的水位和水温开展动态监测,并基于大气压监测数据校正地下水监测水位,分析了山丘区地下水水位及水温的年内动态变化特征;采用渗水试验和分段双栓塞水文地质试验获取含水层空间渗透系数;基于达西断面法定量计算了研究区内观测断面的地下水径流补给量,并建立了月降雨量与降水入渗系数的函数关系,结果显示:研究区多年平均大气降水入渗补给量为16.61mm,多年平均降水入渗系数为0.0182;月降雨量与降水入渗系数呈幂函数关系;此成果可为研究区地下水资源、地下水防污性能评价及地下水数值模拟等研究提供重要依据。

山地森林系统小流域降雨过程水循环与地下水补给

分析了贡嘎山森林系统水循环过程,并通过水量平衡方法,计算了考虑植被及枯落物降雨截留条件下的降雨入渗系数。结果表明:考虑植被及枯落物降雨截留条件下的水量平衡方法与地下水动态分析法、基流分割法计算成果较为接近,计算方法较为正确;而不考虑植被与枯落物截留计算出降雨入渗系数偏大。森林覆盖区,林冠、树干及枯落物是降雨再分配的重要因素,降雨入渗系数受植被、植被类型、枯落物、枯落物状态的影响。研究不同植被类型及枯落物对降雨的截留及再分配特征,具有重要的生态水文意义。

有作物条件下辽西北沙地潜水蒸发试验研究

根据辽宁省阜新市阿尔乡沙地潜水蒸发试验场2010年4月中旬至10月上旬（非冻结期）的实测资料,分析了有作物条件下辽西北沙地潜水蒸发的影响因素及其相关规律。研究表明,有作物时潜水蒸发与裸地不同,它不仅与大气蒸发能力、地下水埋深和土壤性状有关,还与作物的生育阶段有关;入渗补给量随着地下水埋深的增大而减小;潜水补耗差随地下水埋深的增大呈现出先减小后增大的趋势。确定0~2.0 m埋深区段为辽西北沙地种植柠条的不适宜潜水埋深区。

基于地统计学的降水入渗补给系数的空间变异特征分析

降水入渗补给系数是水资源评价中重要的参数之一。采用地统计学原理和方法研究了参数的空间变异特征。使用克里金插值法,绘制降水入渗补给系数插值图与地下水埋深图和地形图对比分析。分析表明降水入渗补给系数大小与研究区地形和地下水埋深有关。

基于降雨渗流场变化的三峡库区白水河滑坡变形机制与预测

白水河滑坡位于三峡大坝以西56 km,为三峡库区重点监测滑坡之一。自2003年9月被纳入二期专业监测点以来,该滑坡一直被严密监测。2007年汛期该滑坡曾出现险情,并发布蓝色与橙色预警。目前,通过对该滑坡的监测积累了大量的监测数据,包括:地表GPS监测点位移、地下水位、钻孔测斜、滑坡推力、大气降雨以及三峡水库水位等。根据近十年的野外监测数据,该滑坡自2003年以来一直持续变形,降雨与库水位变化造成白水河滑坡地下水位变化,进而影响其整体稳定性。在强降雨和库水位同时下降的极端条件下,滑坡有可能加速变形。本文利用加拿大Geo-Studio岩土仿真软件SEEP/W模块模拟白水河滑坡在降雨入渗作用下瞬态渗流场,量化分析了白水河滑坡坡体内孔隙水压力变化与大气降雨之间的关系,并使用SIGMA/W模块,将瞬态孔隙水压力分布运用于滑坡变形分析中,探讨了该滑坡地表变形幅度与降雨强度之间的关系,以期为极端天气下水库区松散堆积层滑坡稳定性和变形机理分析提供借鉴。

基于氯离子示踪法深厚包气带地区地下水补给特征

针对包气带增厚条件下降水入渗变化问题,在华北山前平原滹沱河冲洪积扇典型包气带增厚区实施地质钻孔,通过采样钻杆前端特制的内置环刀取样器,采用无循环液压入法获取原状土样,测试深厚包气剖面土体结构参数、含水量和氯离子质量浓度;利用氯离子示踪方法研究厚达45 m包气带的水分运移规律,重建深厚包气带地区降水补给历史,评价降水补给强度。结果表明:45 m包气带剖面记录的降水补给年龄为72.12 a,平均入渗补给强度为0.096 m/a,降水入渗补给量占多年平均降水量的18.1%。深厚包气带地区水分运移非常缓慢,水分在多次降水叠加驱动下不断形成新的脉冲逐步向深部运移,降水补给到地下水需要一个长期的过程。研究成果对深厚包气带地区土壤水分运移研究和降水入渗补给评价都具有重要借鉴意义。

降水入渗补给系数综合分析

文章利用河北省冉庄水资源实验站、安徽省五道沟水文水资源实验站、山西省太谷均衡实验站地中渗透仪实测的降水入渗资料,对降水入渗补给系数的变化规律进行了综合分析。通过分析,得出不同岩性、不同年降水量在不同地下水埋深条件下的降水入渗补给系数,并对降水入渗补给的最佳地下水埋深和大埋深稳定点存在的机理进行了探讨。

采用WetSpass模型评价松嫩盆地降水入渗补给量

文章采用WetSpass模型评价松嫩盆地的降水入渗补给量。结果得出:①该地区的降水入渗补给量、蒸发蒸腾量和区内产流量,都与土壤质地和土地利用、覆被类型有空间相关性;②从湿润区—半湿润区—半干旱区,降水入渗补给量由大到小;③该区域入渗补给能力从大到小,依次是砂土、砂壤土、粉砂土、粉砂壤土和砂质粘土。

蒸渗计法降水入渗补给系数变化规律分析

利用三个实验站的地中蒸渗计实测资料,对降水入渗补给系数变化规律进行了综合分析,结果表明:降水入渗补给系数随地下水埋深、降水量有明显的规律性,并且存在最佳埋深。当地下水埋深小于最佳埋深时,降水入补给系数随着埋深的增大而增大,当地下水埋深大于最佳埋深时随着埋深的增大而逐渐减小并趋于稳定;降水入渗补给系数随降水量的变化一般呈反"S"型曲线。

降水量与地下水补给量的关系分析

降水入渗补给是地下水的主要补给源,研究降水与地下水的关系,主要是分析由于降水垂直入渗引起的地下水位的变化。本文主要通过对降水入渗机理、影响水入渗的因素、降水入渗补给量计算的研究,分析降水量与地下水补给量的关系。

沂水县富锶地下水特征及成因分析

沂水县富锶(Sr)地下水分布广泛,白垩纪沂南序列侵入岩的锶(Sr)含量最高,平均含量1013.64×10^-6,其次为白垩纪火山岩,锶(Sr)平均含量为739.18×10^-6,太古代侵入岩、变质岩中的锶(Sr)平均含量为398.99×10^-6,寒武-奥陶纪灰岩、页岩中的锶(Sr)平均含量为201.54×10^-6;碎屑岩类孔隙裂隙水含水岩组地下水锶(Sr)平均含量为0.99mg/L,喷出岩孔洞裂隙水含水岩组地下水锶(Sr)平均含量为0.95mg/L,碳酸盐岩裂隙岩溶水含水岩组地下水锶(Sr)平均含量为0.76mg/L,块状岩类(侵入岩)裂隙水含水岩组地下水锶(Sr)平均含量为0.48mg/L。碎屑岩类孔隙裂隙水含水岩组、喷出岩孔洞裂隙水含水岩组、块状岩类(侵入岩)裂隙水含水岩组地下水中锶(Sr)主要来源为围岩的风化溶解;碳酸盐岩裂隙岩溶水含水岩组地下水中锶(Sr)主要来源于沂南序列构造破碎带和风化带的风化溶解,其次为寒武-奥陶纪灰岩的风化溶解,锶(Sr)强变异性与不同含水层地下水的混合比例有关。

降水井点选择和设计中关键参数分析

本文对降水井点选择和涌水量计算的关键参数如 :土质渗透系数、降水深度、抽水影响半径等进行了讨论 。

截潜工程在计算山前侧向补给量中的应用

在计算山前侧向补给量的方法中,最常用的就是达西断面法,但达西断面法需要获取较多的参数,对于山前无钻孔或只有少量钻孔且水文地质研究程度较低的区域,很难采用达西断面法来计算得到山前侧向补给量。对于无法运用达西断面法但存在完整式截潜工程的山丘区,可以结合完整式截潜工程的截潜量利用水量均衡法计算山前侧向补给量。

基于Hydrus-2D分析农田覆膜对降雨入渗的影响

为探究覆膜处理对农田降雨入渗过程的影响,该研究建立Hydrus-2D降雨入渗模型,模拟不同下垫面条件下不同覆膜和降雨情况对降雨入渗的影响。设裸地平作、无垄覆膜、起垄覆膜3种下垫面,覆膜宽度、降雨量和降雨历时3个因素,每个因素4个水平,共设置144种方案,模拟各方案的降雨入渗过程,分析其土壤含水率空间分布、湿润锋运移、雨后入渗量和有效降雨系数变化。结果表明,无垄覆膜、起垄覆膜处理雨后的膜间表层土壤含水率与裸地平作相比分别增加5.8%和9.2%,膜间水分入渗深度分别增加10.67和12.45 cm,说明覆膜和起垄均能促进降雨入渗;与裸地平作相比覆膜和起垄覆膜能显著提高有效降雨系数,特别是小降雨量的有效降雨系数增加明显;不同覆膜宽度对有效降雨系数的影响达到了显著水平,膜宽70 cm时有效降雨系数最大。因此通过调整覆盖地膜的宽度和设置垄沟可增加降雨入渗量及水分入渗深度,提高降雨资源和农田水分利用效率,这对缓解干旱半干旱区的农业缺水紧张情势,丰富农田水分运移、不同下垫面降雨入渗等相关理论具有重要作用。

北京岩溶水系统降水入渗系数研究

大气降水入渗补给地下水是一个复杂的过程,以区域水量均衡法和遥感、地理信息技术为依据,论证降水入渗系数与下垫面因子之间的关系,从栅格尺度(30 m×30 m)建立基于专家经验知识和加权评价系统的模型和统计学关系,得出北京各岩溶水研究区降水入渗系数。研究结果表明:①研究区内岩性与构造因子是影响降水入渗补给条件的关键因素;研究区内的碳酸盐岩区最利于降水入渗补给。②利用2011年大气降水资料,分别使用本文提出的降水入渗系数方法和传统降水入渗系数计算方法相互验证,对2011年大气降水入渗量进行计算,表明建立统计回归模型能有效得出栅格尺度(30 m×30 m)上北京山区岩溶水系统降水入渗系数值。

地中蒸渗仪降水入渗补给系数分析研究

文章利用地中蒸渗仪长系列资料,分析并概化了地中蒸渗仪中不同包气带岩性、降水量、地下水埋深情况下的αg,分析了降水量、地下水埋深、包气带土壤含水量等因素对αg的影响。